專(zhuān)利名稱(chēng)：一種Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻編解碼器設(shè)計(jì)和優(yōu)化領(lǐng)域，特別是一種Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化方法。
背景技術(shù)：
在視頻編解碼研究領(lǐng)域，隨著壓縮比的不斷提高，編解碼器的計(jì)算復(fù)雜度也迅速上升，因而使用多核處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)并行編解碼成為一個(gè)熱門(mén)的研究課題。目前，視頻編解碼并行技術(shù)主要有指令級(jí)并行(ILP)、數(shù)據(jù)級(jí)并行(DLP)和線程級(jí)并行(TLP)。其中，線程級(jí)并行(TLP)技術(shù)的主要目標(biāo)是在多核處理器中均衡負(fù)載計(jì)算量，它根據(jù)線程粒度的不同，又可以分為 GOP 級(jí)、Frame 級(jí)、Slice 級(jí)和 Macroblock 級(jí)。由于Slice間參數(shù)的獨(dú)立性，使得在Slice級(jí)實(shí)現(xiàn)并行編解碼相對(duì)容易。在Slice 級(jí)線程并行技術(shù)中，每一個(gè)視頻幀內(nèi)的計(jì)算復(fù)雜度并不是均勻分布的，所以需要解決如何對(duì)視頻幀進(jìn)行自適應(yīng)分片的問(wèn)題，以達(dá)到均衡負(fù)載每個(gè)Slice計(jì)算量的目的。在已有的分片算法中，Zhang和Wu依據(jù)前一編碼幀的復(fù)雜度進(jìn)行自適應(yīng)分片，但該方法應(yīng)用于場(chǎng)景突變較大的視頻效果并不好。因此，Jung等人使用快速M(fèi)acroblock模式選擇來(lái)作一個(gè)預(yù)處理，使得復(fù)雜性計(jì)算不僅僅依賴(lài)于前一幀，避免了上述問(wèn)題，自適應(yīng)分片與平均分片的效果對(duì)比見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖I、圖2。然而，上述方法僅僅是針對(duì)編碼端或者解碼端進(jìn)行單獨(dú)的并行優(yōu)化，由于視頻編碼器和解碼器有不同的模塊組成和計(jì)算復(fù)雜度，編碼端最優(yōu)的分片方法和位置對(duì)解碼端來(lái)說(shuō)往往不是最優(yōu)的。當(dāng)考慮到一個(gè)視頻通信系統(tǒng)的瓶頸在于解碼端的時(shí)候，就需要設(shè)計(jì)一個(gè)方法在編碼端計(jì)算解碼所需的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)編碼端和解碼端的聯(lián)合并行優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化方法，實(shí)現(xiàn)編碼端和解碼端的聯(lián)合并行優(yōu)化。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化方法，包括Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化模型，所述Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化模型包括編碼器端和若干個(gè)解碼器端，所述解碼器端與編碼器端連接，其特征在于，該方法為
1)對(duì)視頻序列前3幀采用均衡分片初始化，并記錄邊界位置；
2)令編碼器巾貞序號(hào)Frame_Number=Frame_Number+l,使用符合H.264國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的編碼器和解碼器，得到系統(tǒng)方程式T=Te+a *Td的計(jì)算負(fù)載；其中Te表示編碼耗費(fèi)時(shí)間，Td表示解碼耗費(fèi)時(shí)間，a表示解碼端的權(quán)重；T表示系統(tǒng)編解碼所需的總時(shí)間；
3)檢查Frame_Number-l是否等于被測(cè)試視頻序列的巾貞數(shù)，若不等于則還有下一巾貞，則計(jì)算邊界的調(diào)整量和下一幀的邊界，然后跳到2)，若等于則結(jié)束。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為本發(fā)明提出了 Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化模型來(lái)描述使得編碼時(shí)間和解碼時(shí)間總和最小的聯(lián)合最優(yōu)值，同時(shí)在符合H. 264國(guó)際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的編碼器和解碼器上使用Slice級(jí)并行算法，以達(dá)到編碼端和解碼端的聯(lián)合最優(yōu)化，使得編解碼端負(fù)載均衡、所需的總時(shí)間最小，更好地滿(mǎn)足了視頻通信系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。


圖I為平均分片效果 圖2為自適應(yīng)分片效果 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例聯(lián)合最小化模型示意 圖4為blue_sky序列不同分片位置解碼端和編碼端耗費(fèi)時(shí)間示意 圖5為本發(fā)明一實(shí)施例第10幀到第20幀的RAMD示意圖； 圖6為本發(fā)明一實(shí)施例QP=22，D=5時(shí)不同a取值的加速性能對(duì)比 圖7為本發(fā)明一實(shí)施例QP=22時(shí)，在不同延遲情況下針對(duì)blue_Sky序列的加速性能對(duì)比 圖8為本發(fā)明一實(shí)施例D=5時(shí),不同QP取值情況下針對(duì)blue_sky序列的加速性能對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明首先使用符合H. 264國(guó)際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的并行編碼器X. 264和解碼器FFmpeg，利用強(qiáng)力搜索算法，驗(yàn)證了不同分片位置會(huì)造成編碼端和解碼端耗費(fèi)時(shí)間的不同。經(jīng)過(guò)分析后，我們發(fā)現(xiàn)如果忽略這一問(wèn)題，隨著解碼端負(fù)載的增大，這個(gè)系統(tǒng)的性能也會(huì)隨之主見(jiàn)下降。因此對(duì)于不同數(shù)量的編碼器和解碼器，很有必要實(shí)現(xiàn)每一幀的自適應(yīng)分片來(lái)達(dá)到兩者聯(lián)合性能的最優(yōu)化。本發(fā)明構(gòu)造了一個(gè)編碼器和解碼器聯(lián)合的簡(jiǎn)化模型，如圖3所示，假設(shè)在該模型中有I個(gè)編碼器和3個(gè)解碼器，并且所有的解碼器都具有相同的計(jì)算能力?；诖四Ｐ?，本發(fā)明提出了檢驗(yàn)聯(lián)合分片方法性能的系統(tǒng)方程式T=Te+ a *Td，當(dāng)T達(dá)到最小值時(shí)，聯(lián)合分片方法的性能達(dá)到最優(yōu)，其中Te表示編碼耗費(fèi)時(shí)間，Td表示解碼耗費(fèi)時(shí)間，a表示解碼端的權(quán)重，并按一定規(guī)則賦值，即如果編碼端和解碼端對(duì)于系統(tǒng)的重要性相同，則a等于實(shí)際解碼端的數(shù)量，若系統(tǒng)瓶頸在于編碼端，則a賦值減小，反之則增大，實(shí)驗(yàn)時(shí)a取值范圍是0到100。本發(fā)明在Intel Core-i7-2670QM(2. 2GHz)CPU,8GB 內(nèi)存，運(yùn)行 Linux 操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上得到實(shí)現(xiàn)。其中，編碼端采用符合H. 264國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的X. 264開(kāi)源編碼器，解碼端采用同樣符合札264國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的FFmpeg編碼器。其中，編碼器參數(shù)配置如表I所示
表1編碼器參數(shù)配置 權(quán)利要求
1.一種Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化方法，包括Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化模型，所述Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化模型包括編碼器端和若干個(gè)解碼器端，所述解碼器端與編碼器端連接，其特征在于，該方法為 1)對(duì)視頻測(cè)試序列前3幀采用均衡分片初始化，并記錄邊界位置； 2)令編碼器巾貞序號(hào)Frame_Number=Frame_Number+l,使用符合H.264國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的編碼器和解碼器，得到系統(tǒng)方程式T=Te+a *Td的計(jì)算負(fù)載；其中Te表示編碼耗費(fèi)時(shí)間，Td表示解碼耗費(fèi)時(shí)間，α表示解碼端的權(quán)重，T表示系統(tǒng)編解碼所需的總時(shí)間； 3)檢查Frame_Number-l是否等于視頻測(cè)試序列的巾貞數(shù)，若不等于則還有下一巾貞，則計(jì)算邊界的調(diào)整量和下一幀的邊界，然后跳到2)，若等于則結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化方法，其特征在于，所述步驟2)中，編碼器端采用符合H. 264國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的X. 264開(kāi)源編碼器，解碼器端采用符合H. 264國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的FFmpeg編碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化方法，其特征在于，所述步驟I)中，視頻測(cè)試序列為HEVC標(biāo)準(zhǔn)所使用的視頻測(cè)試序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化方法，其特征在于，所述步驟2)中，α取值范圍為O到100。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化方法，包括Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化模型，所述Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化模型包括編碼器端和若干個(gè)解碼器端，所述解碼器端與編碼器端連接，本發(fā)明提出了Slice級(jí)編解碼端聯(lián)合時(shí)間最小化模型來(lái)描述使得編碼時(shí)間和解碼時(shí)間總和最小的聯(lián)合最優(yōu)值，同時(shí)在符合H.264國(guó)際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的編碼器和解碼器上使用Slice級(jí)并行算法，以達(dá)到編碼端和解碼端的聯(lián)合最優(yōu)化，使得編解碼端負(fù)載均衡、所需的總時(shí)間最小，更好地滿(mǎn)足了視頻通信系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。
文檔編號(hào)H04N7/26GK102833551SQ20121036020
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者張昊, 朱小玉, 檀豐鋒, 龍軍 申請(qǐng)人:中南大學(xué)